基于全球?qū)＠治龅膯卧及费邪l(fā)機(jī)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)力比較

魏鳳，周洪，張賢，李小春

（1 中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心，湖北 武漢 430071；2 科技部21 世紀(jì)議程管理中心，北京 100038；3 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所，湖北 武漢 430071）

二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）是我國(guó)實(shí)現(xiàn)CO2控制目標(biāo)及化石能源可持續(xù)利用的必要途徑，具有較大的產(chǎn)業(yè)前景，受到國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注[1-5]。2013年5月，我國(guó)國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)碳捕集、利用和封存試驗(yàn)示范的通知》鼓勵(lì)CCUS 示范，首次明確CCUS 未來(lái)商業(yè)化導(dǎo)向。

CO2捕集是CCUS 實(shí)施的首要技術(shù)環(huán)節(jié)，是將煙氣排放中的CO2吸收、吸附、提純的技術(shù)。單乙醇胺（MEA）吸附CO2技術(shù)是利用乙醇胺溶液與煙氣中CO2發(fā)生反應(yīng)，從而捕集CO2的技術(shù)，是較具可行的CO2捕集技術(shù)之一，具有吸收CO2速度快、負(fù)載大等優(yōu)點(diǎn)，適用于大規(guī)模、大流量排氣源的CO2捕集技術(shù)[6-8]。

本文將從技術(shù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的角度，通過(guò)專利分析，研究并掌握全球MEA 技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)在專利數(shù)量、核心專利、專利覆蓋地區(qū)、重要技術(shù)專利、專利引用頻次、專利申請(qǐng)合作關(guān)系等方面的特點(diǎn)，分析各研發(fā)機(jī)構(gòu)在MEA 技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，期望為我國(guó)MEA 技術(shù)研發(fā)和專利申請(qǐng)保護(hù)提供現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)與借鑒。

1 研究目標(biāo)

利用MEA 捕集煙氣中CO2的技術(shù)較為成熟，已經(jīng)在天然氣處理和制胺等化工領(lǐng)域中得到大量應(yīng)用，但是用于大流量CO2源的捕集在國(guó)內(nèi)尚還處于開(kāi)發(fā)應(yīng)用階段。一般而言，MEA 具有CO2吸收速率快、CO2脫除效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在解吸能耗高、成本高等不利因素，嚴(yán)重阻礙了MEA 在處理大流量CO2氣流中的應(yīng)用，因此如何通過(guò)設(shè)備、工藝、提高效率、穩(wěn)定性、節(jié)約能耗、水消耗等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決以實(shí)現(xiàn)MEA 對(duì)CO2捕集的規(guī)?；瘧?yīng)用，是MEA 技術(shù)研發(fā)所關(guān)注的重要問(wèn)題[9-11]。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文將開(kāi)展全球的MEA 研發(fā)機(jī)構(gòu)的專利分析，通過(guò)對(duì)研發(fā)機(jī)構(gòu)MEA 專利申請(qǐng)數(shù)量、專利較多的技術(shù)領(lǐng)域、專利覆蓋地區(qū)、重要技術(shù)專利、核心專利、專利權(quán)人的合作關(guān)系等知識(shí)產(chǎn)權(quán)信息的分析，研究研發(fā)機(jī)構(gòu)在MEA 技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。

2 專利檢索與分析方法

為了深入分析MEA 技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)全球發(fā)展態(tài)勢(shì)與技術(shù)分布情況，分別在采用德溫特創(chuàng)新索引國(guó)際專利數(shù)據(jù)庫(kù)（DII）和中國(guó)科學(xué)院專利在線平臺(tái)專利數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合兩者的數(shù)據(jù)信息，來(lái)開(kāi)展MEA 技術(shù)專利的篩選和清理。

在確定檢索方法時(shí)，主要在以MEA 為主的技術(shù)基礎(chǔ)上，確定關(guān)鍵詞，設(shè)定專利檢索式，如表1所示。最終的檢索方式是對(duì)表1 中兩種主題檢索式的結(jié)合。MEA 專利檢索的截止日期為2014年4月15 日。

表1 MEA 專利檢索式

3 MEA 研發(fā)機(jī)構(gòu)全球競(jìng)爭(zhēng)力結(jié)果及分析

基于對(duì)MEA 技術(shù)專利數(shù)據(jù)信息的檢索，利用Thomson data analyzer（TDA）、Aureka 和Thomson innovation（TI）等專業(yè)的專利分析工具和平臺(tái)，以及Microsoft Excel 數(shù)據(jù)分析軟件，檢索到MEA 專利390 多項(xiàng)，下面將從專利申請(qǐng)數(shù)量、專利權(quán)覆蓋地區(qū)/國(guó)家、專利技術(shù)分布、專利引用頻次等方面，研究全球研發(fā)機(jī)構(gòu)在MEA 技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.1 從專利數(shù)量看MEA 研發(fā)機(jī)構(gòu)的競(jìng)爭(zhēng)力

圖1 表示了全球MEA 專利申請(qǐng)數(shù)量前10 名的研發(fā)機(jī)構(gòu)排名情況。MEA 專利申請(qǐng)量最多的機(jī)構(gòu)（即專利權(quán)人）是法國(guó)石油研究院，專利量達(dá)到31項(xiàng)，其次為三菱重工（25 項(xiàng)）、殼牌（14 項(xiàng)）、關(guān)西電力（13 項(xiàng)）、巴斯夫集團(tuán)（12 項(xiàng)）、清華大學(xué)（9項(xiàng)）、?？松梨谘芯颗c工程公司（8 項(xiàng)）等12 家研發(fā)機(jī)構(gòu)（含數(shù)量相同情況），這些研發(fā)機(jī)構(gòu)的專利數(shù)量都不低于5 項(xiàng)。

從研發(fā)機(jī)構(gòu)所屬國(guó)來(lái)看，美國(guó)有5 家機(jī)構(gòu)，分別是埃克森美孚研究與工程公司、陶氏化學(xué)、通用電力、CO2解決方案公司、得克薩斯大學(xué)，日本有三菱重工、關(guān)西電力2 家機(jī)構(gòu)，法國(guó)包括阿爾斯通和法國(guó)石油研究院2 家機(jī)構(gòu)，中國(guó)包括清華大學(xué)、中國(guó)石化2 家機(jī)構(gòu)，荷蘭、德國(guó)分別有殼牌、巴斯夫集團(tuán)1 家機(jī)構(gòu)。

圖1 基于MEA 專利數(shù)量多少的全球研發(fā)機(jī)構(gòu)排名

3.2 從專利申請(qǐng)保護(hù)地區(qū)看MEA 技術(shù)機(jī)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)力

表2表示了專利數(shù)量排名前10位的研發(fā)機(jī)構(gòu)在全球10 個(gè)主要地區(qū)專利申請(qǐng)保護(hù)及專利數(shù)量的情況。從研發(fā)機(jī)構(gòu)所屬國(guó)來(lái)看，研發(fā)機(jī)構(gòu)在所屬國(guó)申請(qǐng)的專利數(shù)量一般高于在其他國(guó)家申請(qǐng)的專利量；從研發(fā)機(jī)構(gòu)在世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)組織（WO）申請(qǐng)的專利數(shù)來(lái)看，法國(guó)石油研究院、殼牌在WO 的專利數(shù)量最多，表明兩個(gè)機(jī)構(gòu)都比較重視在全球的專利保護(hù)，我國(guó)機(jī)構(gòu)沒(méi)有在WO 申請(qǐng)MEA 專利保護(hù)；從專利覆蓋地區(qū)來(lái)看，三菱、殼牌、陶氏化學(xué)、巴斯夫4 家機(jī)構(gòu)申請(qǐng)的專利保護(hù)地區(qū)最多，至少達(dá)10個(gè)國(guó)家，中國(guó)清華大學(xué)、中國(guó)石化申請(qǐng)的專利保護(hù)地區(qū)最少，僅在華申請(qǐng)保護(hù)，法國(guó)石油研究院、關(guān)西電力、埃克森美孚公司等其他國(guó)外機(jī)構(gòu)的專利保護(hù)地區(qū)（國(guó)家）均已達(dá)到6 個(gè)以上，表明國(guó)外公司均比較重視在全球其他國(guó)家或地區(qū)的專利保護(hù)。

從研發(fā)機(jī)構(gòu)關(guān)注的專利保護(hù)地區(qū)數(shù)量來(lái)看，世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、美國(guó)、歐專局、中國(guó)、加拿大是MEA 研發(fā)機(jī)構(gòu)專利保護(hù)的重點(diǎn)地區(qū)，其次為日本、澳大利亞。

3.3 從前10 名MEA 研發(fā)機(jī)構(gòu)專利申請(qǐng)的技術(shù) 領(lǐng)域

表3表示了專利數(shù)量排名前10的研發(fā)機(jī)構(gòu)專利申請(qǐng)的技術(shù)領(lǐng)域及近3年專利技術(shù)領(lǐng)域的變化情況。從技術(shù)領(lǐng)域分布來(lái)看，13 個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)都較關(guān)注通過(guò)吸收作用分離的MEA 技術(shù)，其中有10 家機(jī)構(gòu)同時(shí)還關(guān)注碳氧化物分離技術(shù)，有3 家機(jī)構(gòu)關(guān)注酸性氣體組分中二氧化碳的分離，排名前3 位的研發(fā)機(jī)構(gòu)在上述3 個(gè)技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)的專利數(shù)量較多；從近3年專利申請(qǐng)技術(shù)的變化來(lái)看，每家機(jī)構(gòu)在技術(shù)專利申請(qǐng)上呈現(xiàn)出較各自特點(diǎn)，表示各家機(jī)構(gòu)都在MEA 技術(shù)的不同方向開(kāi)展研發(fā)并申請(qǐng)專利，排名靠前的法國(guó)石油研究院、三菱重工、關(guān)西電力這3 家機(jī)構(gòu)在酸性氣體組分中二氧化碳分離技術(shù)的專利數(shù)量均呈上升趨勢(shì)，其中法國(guó)石油研究院近3年還加強(qiáng)對(duì)抗氧劑組合物的研發(fā)，三菱重工加強(qiáng)在煙廢氣裝置的研發(fā)，殼牌加強(qiáng)在熱交換技術(shù)、固體吸附劑方面的研發(fā)，其他機(jī)構(gòu)近3年在MEA 技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)見(jiàn)表3 所示。

表2 主要機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)保護(hù)地區(qū)及專利數(shù)量

3.4 從MEA 核心專利分析看研發(fā)機(jī)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)力

為了反映MEA 研發(fā)機(jī)構(gòu)的核心專利情況，文中將通過(guò)專利被引用次數(shù)來(lái)判定是否核心專利。表4 表示被引用頻次較高的專利排名及所屬專利權(quán)人、名稱、編號(hào)及用途。從表4 中可看到，專利引用頻次最高的前10 家機(jī)構(gòu)包括挪威海德魯公司、空氣動(dòng)力公司、殼牌、南加州大學(xué)、巴斯夫集團(tuán)、三菱重工/關(guān)西電力、福陸公司、渥太華大學(xué)，這些機(jī)構(gòu)所申請(qǐng)的專利均可用于二氧化碳在煙氣或廢氣或酸性氣體中的分離，其中三菱重工/關(guān)西電力的兩項(xiàng)專利均列在前10 名。此外，南加州大學(xué)、三菱重工/關(guān)西電力都在華申請(qǐng)了專利。

表3 專利數(shù)量前10 位的研發(fā)機(jī)構(gòu)（專利權(quán)人）關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域及變化

為了進(jìn)一步研究專利被引頻次較高的研發(fā)機(jī)構(gòu)所關(guān)注的技術(shù)問(wèn)題，對(duì)表4 中的相關(guān)專利進(jìn)行解讀，結(jié)果反映出這些研發(fā)機(jī)構(gòu)最關(guān)注的是腐蝕、水消耗、能耗、吸收能力、降解等技術(shù)問(wèn)題，尤其對(duì)能耗、吸收能力問(wèn)題的研發(fā)最為關(guān)注，占比均達(dá)到23%以上，具體見(jiàn)圖2 所示。

3.5 從MEA 研發(fā)機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系及強(qiáng)度分析

為了了解MEA 研發(fā)機(jī)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)性，對(duì)這些研發(fā)機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系及合作強(qiáng)度進(jìn)行了分析，如圖3 所示。從機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系來(lái)看，專利合作關(guān)系主要建立在具有相同所屬國(guó)的機(jī)構(gòu)之間，圖3 反映了在3 個(gè)國(guó)家的機(jī)構(gòu)發(fā)生了合作關(guān)系：法國(guó)石油研究院和法國(guó)國(guó)家科學(xué)院、法國(guó)薩瓦大學(xué)、日本三菱重工和關(guān)西電力、美國(guó)陶氏化學(xué)與英力士集團(tuán)、阿爾斯通和Altmerge 有限責(zé)任公司、中國(guó)石化和南京化工研究院；另有殼牌、通用電力、清華大學(xué)等機(jī)構(gòu)僅為獨(dú)立申請(qǐng)專利。

圖2 被引頻次前10 名的研發(fā)機(jī)構(gòu)關(guān)注的重要技術(shù)問(wèn)題

從合作形式上看，主要分為兩種：一是合作機(jī)構(gòu)雙方除各自申請(qǐng)專利外，還合作申請(qǐng)專利，如中國(guó)石化和南京化工研究院；二是合作機(jī)構(gòu)雙方有一 方獨(dú)立申請(qǐng)專利，另一方無(wú)獨(dú)立申請(qǐng)專利，所有專利均是合作申請(qǐng)的，如日本的三菱重工和關(guān)西電力之間，三菱重工共25 項(xiàng)專利，其中有12 項(xiàng)專利為獨(dú)立申請(qǐng)，有13 項(xiàng)專利與關(guān)西電力合作申請(qǐng)，關(guān)西電力并沒(méi)有獨(dú)立申請(qǐng)MEA 專利。

從合作強(qiáng)度來(lái)看，日本三菱和關(guān)西電力在MEA專利合作強(qiáng)度最大，共有13 項(xiàng)專利為雙方合作申請(qǐng)，合作專利比例達(dá)到50%，中國(guó)石化和南京化工研究院、美國(guó)陶氏化學(xué)與英力士集團(tuán)分別合作申請(qǐng)2 項(xiàng)專利，法國(guó)石油研究院和法國(guó)國(guó)家科學(xué)院、法國(guó)薩瓦大學(xué)、阿爾斯通和Altmerge 有限責(zé)任公司各合作1 項(xiàng)專利。

4 結(jié) 論

MEA 是CO2分離與捕集的重要技術(shù)之一。基于MEA 專利數(shù)據(jù)分析，對(duì)全球MEA 研發(fā)機(jī)構(gòu)的專利數(shù)量、保護(hù)地區(qū)、技術(shù)領(lǐng)域、核心專利及關(guān)注的技術(shù)重點(diǎn)、及機(jī)構(gòu)間合作關(guān)系的對(duì)比分析，反映了美、日、歐的MEA 研發(fā)機(jī)構(gòu)在專利技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)能力較強(qiáng)，主要表現(xiàn)在如下方面。

（1）從專利數(shù)量和機(jī)構(gòu)間合作關(guān)系相結(jié)合的角度，法國(guó)石油研究院、三菱重工、殼牌、巴斯夫、清華大學(xué)的MEA 專利申請(qǐng)數(shù)量較多；從所屬國(guó)來(lái)看，美國(guó)機(jī)構(gòu)、法國(guó)公司、荷蘭公司的專利總數(shù)最多，因此中國(guó)應(yīng)加大對(duì)MEA 技術(shù)的研發(fā)與專利申請(qǐng)，避免相關(guān)技術(shù)受到市場(chǎng)制約。

（2）與中國(guó)機(jī)構(gòu)相比，國(guó)外機(jī)構(gòu)更為注重全球范圍的專利保護(hù)，三菱、殼牌、陶氏化學(xué)、巴斯夫等4 家機(jī)構(gòu)申請(qǐng)的專利保護(hù)地區(qū)最多；其中歐洲、北美和中國(guó)是研發(fā)機(jī)構(gòu)專利保護(hù)的重點(diǎn)地區(qū)和國(guó)家，這與技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)占有具有密切關(guān)系。因此，我國(guó)不僅要注重專利的全球保護(hù)，更應(yīng)該對(duì)在華申請(qǐng)的外國(guó)專利提高警惕，以防阻礙本國(guó)的技術(shù)進(jìn)步和保護(hù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

表4 被引頻次較高的核心專利及所屬研發(fā)機(jī)構(gòu)、用途

（3）吸附分離方法和酸性氣體中CO2分離技術(shù)是MEA 研發(fā)機(jī)構(gòu)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，尤其是在能耗、吸收效率方面的專利申請(qǐng)較多。但在近3年中，各機(jī)構(gòu)的專利技術(shù)側(cè)重各有不同，這可能與機(jī)構(gòu)的發(fā)展方向和定位有關(guān)。

（4）從高被引頻次來(lái)說(shuō)，從煙氣、廢氣或酸性氣體中分離脫除CO2技術(shù)仍然是各主要研發(fā)機(jī)構(gòu)的核心專利，受到重點(diǎn)保護(hù)，一旦技術(shù)轉(zhuǎn)讓，可能會(huì)發(fā)生高昂的轉(zhuǎn)讓費(fèi)用。

（5）從機(jī)構(gòu)間合作關(guān)系來(lái)看，大部分專利為機(jī)構(gòu)獨(dú)立申請(qǐng)，僅有少部分機(jī)構(gòu)有合作關(guān)系，但只僅限具有相同的所屬國(guó)。日本三菱重工和關(guān)西電力之間合作關(guān)系最強(qiáng)，合作申請(qǐng)專利達(dá)到50%以上。

致謝：對(duì)武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心的馬廷燦老師對(duì)專利分析中給予的幫助表示感謝。

[1] Paul Freund，Anthony Adegbulugbe，Qyvind Christophersen，et al. IPCC special report on carbon dioxide capture and storage[R]. Intergovernmental Panel on Climate Chance(IPCC)，2008.

[2] International Energy Agency(IEA) ， United Nations Industrial development organization (UNIDO). Technology roadmap carbon capture and storage roadmap(2011)[R]. IEA Publication，2011.

[3] Global CCS Institute(GCCSI). The Status of CCS Projects Interim report 2010[R]. GCCSI，2010.

[4] IEA. World Energy Outlook 2008[R]. Paris：France，2007.

[5] 魏鳳，李小春，劉枚，等. CCS 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展剖析及對(duì)我國(guó)的啟示[J]. 科技管理研究，2014（6）：201-205.

[6] Rao Anand B，Rubin Edward S. A technical，economic and environmental assessment of amine-based CO2capture technology for power plant greenhouse gas control[J]. Environmental Scienceand Technology，2002，36（20）：4467-4475.

圖3 全球MEA 專利研發(fā)機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系及合作強(qiáng)度示意圖

[7] Sigh D，Croiset E. Techno-economic study of CO2capture from an existing coal-fired power plant：MEA scrubbing vs. O2/CO2recycle Combustion[J]. Energy Conversion and Management，2003，44（19）：3073-3091.

[8] Li Lei，Zhao Ning，Wei Wei，et al. A review of research progress on CO2capture，storage and utilization in chinese academy of science[J]. Fuel，2013，108：112-130.

[9] Steeneveldt S R，Berger B，Torpt A. CO2capture and storage-closing the knowing-doing gap[J]. Trans. Chem E，Part A Chemical Engineer Research & Des.，2006，84：739-763.

[10] Idem R，Wilson M，Tonti Wach. Pilot plant studies of the co2capture perfermance of aqueous MEA and mixed MEA/MDEA solvents at the university of regina CO2capture technology development plant and the boundary dam CO2capture demonstration[J]. Engineering Chemical Research，2006，45：2414-2420.

[11] Chakma A. Formulated solvents：New opportunities for energy efficient separation of acid gases[J]. Energy Sources，1999，21：51-62.